一种单相多功能稀土永磁发电机.pdf

本发明涉及一种单相多功能稀土永磁发电机，主要由壳体、定子、转子、逆变器和控制系统组成；定子包括定子铁芯和电枢绕组，定子铁芯由定子冲片迭压成斜槽，电枢绕组采用不等匝同心式绕组；转子由转轴，圆筒形导磁轭，在磁轭外圆上分别固定N、S极配对的瓦片形磁钢组成；控制系统是由两个回路组成。本发明不但具有体积小、重量轻、效率高、结构简单、运行可靠的特点，同时又克服了永磁体很难从外部调节磁场控制电压而造成的电压稳定性差、波形畸变率大的缺陷，且在逆变器发生故障时，能自动切换到控制系统的第一回路继续供电，实现了多功能不间断供电，供电更加可靠，具有突出的实用价值。

1、  一种单相多功能稀土永磁发电机，主要由壳体、定子、转子、逆变器和控制系统组成；其特征在于定子包括定子铁芯和电枢绕组，定子铁芯由定子冲片迭压成斜槽，电枢绕组采用不等匝同心式绕组；转子由转轴，圆筒形导磁轭，在磁轭外圆上分别固定N、S极配对的瓦片形磁钢组成。

2、  根据权利要求1所述的一种单相多功能稀土永磁发电机，其特征在于定子铁芯有24～36个嵌放电枢绕组的槽，采用斜槽结构，斜度为1～1.2个槽距角β=tan-1πDNl,]]>式中：β为槽距角，D为定子铁芯内径，N为定子铁芯槽数，l为定子铁芯长度。

3、  根据权利要求1所述的一种单相多功能稀土永磁发电机，其特征在于电枢绕组采用不等匝同心式绕组，占总槽数的2/3～5/6。

4、  根据权利要求1所述的一种单相多功能稀土永磁发电机，其特征在于瓦片形磁钢为剩磁密度大，内禀矫顽力强，工作温度高的稀土钕铁硼；每极可由1片或若干片拼成，每极磁钢的同心角为110°～130°。

5、  根据权利要求1所述的一种单相多功能稀土永磁发电机，其特征在于控制系统是由两个回路组成：第一回路由电枢绕组U₁U₂，空气断路器、继电器常闭触头组成，直接输出50Hz正弦波电压；第二回路由电枢绕组U₁U₃、空气断路器、变频器、继电器常开触头、按钮开关组成；通过变频器交-直-交变换后，输出50Hz高精度的正弦波电压。

一种单相多功能稀土永磁发电机
技术领域：
本发明涉及一种稀土永磁发电机，具体地说是一种单相多功能稀土永磁发电机属电机领域。
背景技术：
现有的稀土永磁发电机是以稀土为永磁体作为发电机的磁源，代替电励磁发电机的磁场线圈，可以制成无刷发电机，取消了滑环、电刷装置及电力电容、电子元器件等。因此具有体积小、重量轻、效率高、结构简单、运行可靠等优点，是电机领域的发展方向，但也存在着难从外部调节磁场，控制其输出电压和正弦性电压波形的缺陷。目前稀土永磁发电机大多制成中频或工频两种。中频发电机因输出频率均在400Hz以上，不能直接使用，必须加上逆变器将频率变为50Hz，并将电压控制在稳定的范围内，才能使用，且一旦变频器出现故障，发电机就不能使用。而工频永磁发电机由于电压稳定性差，一般在±10％左右，波形正弦性畸变率大，一般在10％左右，限制了它的使用范围。
发明内容：
本发明针对现有技术存在的不足，旨在提供一种体积小、重量轻、效率高、结构简单、运行可靠的单相多功能稀土永磁发电机，该电机克服了永磁体很难从外部调节磁场控制电压而造成的电压稳定性差、波形畸变率大的缺陷，且在逆变器发生故障时，能自动切换到控制系统的第一回路继续供电，实现了多功能不间断供电，供电更加可靠。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种单相多功能稀土永磁发电机，主要由壳体、定子、转子、逆变器和控制系统组成；其中定子包括定子铁芯和电枢绕组，定子铁芯由定子冲片迭压成斜槽，电枢绕组采用不等匝同心式绕组：转子由转轴，圆筒形导磁轭，在磁轭外圆上分别固定N、S极配对的瓦片形磁钢组成。
所述的一种单相多功能稀土永磁发电机，定子铁芯有24～36个嵌放电枢绕组的槽，采用斜槽结构，斜度为1～1.2个槽距角(β=tan-1πDNl,]]>式中：β为槽距角，D为定子铁芯内径，N为定子铁芯槽数，l为定子铁芯长度)，它能有效地消除磁场中的齿谐波。
所述的一种单相多功能稀土永磁发电机，电枢绕组采用不等匝同心式绕组，占总槽数的2/3～5/6，能够有效地削弱磁场中的3、5、7次谐波。
所述的一种单相多功能稀土永磁发电机，永磁体即磁钢的宽度和磁化长度及安装方式也直接影响电枢反应对磁钢的去磁作用，它具有较强的抗去磁能力。故瓦片形磁钢选用剩磁密度大，内禀矫顽力强，工作温度高的稀土钕铁硼；每极可由1片或若干片拼成；每极磁钢的同心角为110°～130°的范围内，能使气隙磁场更接近于正弦波。同心角的大小决定了发电机的极弧系数，它影响到气隙磁场波形，电枢绕组的匝数及阻抗和磁钢的用量；磁钢的厚度，即磁化方向长度，影响了电枢反应对磁钢的去磁作用。因此，在不影响气隙磁场正弦性的情况下，适应增大磁钢的横截面积，能够减少定子电枢绕组的阻抗压降和电枢反应的交、直轴电抗的去磁作用，提高了发电机的输出电压，减少了发电机从空载到满载各点的电压偏差，提高了输出电压精度。通过以上的设计，单相多功能稀土永磁发电机的电压偏差在±5％以内，瞬态电压偏差及电压稳定时间均达到国家标准GB/T2820.3-1997的G₁级标准。磁钢采用瓦片形无极靴的径向安装结构，瓦片形磁钢用螺钉锁紧在导磁的转子磁轭上，直接裸露在气隙中，缩短了磁路长度，提高了磁通密度，减少了磁钢的用量，降低了材料成本。同时散热效果好，降低了温度对磁钢的去磁作用。
所述的一种单相多功能稀土永磁发电机加上变频器，输出正弦波电压，稳态电压偏差控制在±1％以内，达到了国家GB/T2820.3-1997标准的G₃级的各项性能要求。具体方法是将电枢绕组的输出端U₁U₃作为变频器的输入端，通过变频器的交-直-交变换后，输出50Hz正弦波稳定电压。变频器是由主电路和控制电路组成：主电路包括整流电路、逆变桥电路、驱动电路、采样反馈电路等；控制电路是以微处理器为核心的逆变电路、驱动电路和保护电路等组成。为了预防一旦变频器发生故障发电机不能供电的情况发生，其控制系统设计成由两个回路组成：在控制系统中加上了继电器KA，并在继电器回路中加了切换按钮开关SB，其工作原理如图3所示。电枢绕组W的公共端U₁串接一个空气断路器K₁，断路器的输出端并联两条线，一条接继电器KA的一个常闭触头a₁，电枢绕组W的抽头U₂直接接到继电器KA的另一个常闭触头a₂，由电枢绕组U₁U₂、空气断路器K₁、继电器KA、常闭触头a₁a₂、用电器插座C₁和C₂并联，组成发电机的直接输出第一回路；由电枢绕组U₁U₃接变频器BF的输入端，输出端分别接继电器KA的两个常开触头b₁b₂，继电器KA输出端接用电器插座C₁和C₂，继电器KA的电源线圈D与按钮开关SB串联后与变频器BF的输出端并联。由电枢绕组U₁U₃、空气断路器K₁、变频器BF、继电器KA的常开触头b₁b₂及用电器插座C₁C₂组成了发电机的自控第二回路。当发电机开始运转，按钮开关SB断开，即直接供电位置，继电器KA的电源线圈D断开，继电器KA不动作，触头a₁a₂常闭，b₁b₂常开，发电机第二回路不工作，第一回路处于工作状态，发电机直接提供50Hz，稳态电压偏差≤±5％的正弦波电源。当按钮开关SB闭合，即自控供电位置，继电器KA的线圈D通电，继电器KA动作，触头a₁a₂断开，b₁b₂闭合，发电机第一回路不工作，第二回路处于工作状态，发电机自控提供50Hz，稳态电压偏差≤±1％的正弦波电源。当变频器BF一旦发生故障，变频器BF无电压输出，继电器KA电源线圈D不通电，继电器KA自动回到原始状态，即a₁a₂闭合，b₁b₂断开，此时，发电机自动切换到第一回路供电。
附图说明：
图1为本发明的定子铁芯剖视图。
图2为本发明的转子剖视图。
图3为本发明的控制系统原理图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明的最佳实施方案和工作原理进行详细说明：
实施例：
本发明一种单相多功能稀土永磁发电机，主要由壳体、定子、转子、逆变器和控制系统组成；其中定子包括定子铁芯和电枢绕组，定子铁芯由定子冲片迭压成斜槽，电枢绕组采用不等匝同心式绕组；转子由转轴4，圆筒形导磁轭3，在磁轭3外圆上分别固定N、S极配对的瓦片形磁钢组成。
所述的一种单相多功能稀土永磁发电机，定子铁芯有24～36个嵌放电枢绕组的槽，采用斜槽结构，斜度为1～1.2个槽距角(β=tan-1πDNl,]]>式中：β为槽距角，D为定子铁芯内径，N为定子铁芯槽数，l为定子铁芯长度)，它能有效地消除磁场中的齿谐波。
所述的一种单相多功能稀土永磁发电机，电枢绕组采用不等匝同心式绕组，占总槽数的2/3～5/6，能够有效地削弱磁场中的3、5、7次谐波。
所述的一种单相多功能稀土永磁发电机，瓦片形磁钢选用剩磁密度大，内禀矫顽力强，工作温度高的稀土钕铁硼；每极可由1片或若干片拼成；每极磁钢的同心角为110°～130°的范围内，磁钢采用瓦片形无极靴的径向安装结构，如图2所示，磁轭3是圆筒形结构，其内圆与转轴4的外圆过盈配合压入转轴4上，磁轭3有若干个垂直轴线的螺纹孔，瓦片形磁钢片2有垂直轴线与磁轭3相对应的螺孔，其内径与磁轭3的外径相同，通过螺钉1把同极性的磁钢片2(N极)锁紧在磁轭3的外圆上的一侧，将另一种极性的磁钢片2(S极)通过螺钉1锁紧在磁轭3的水平线对称的另一侧外圆上，形成了上下对称的N极和S极。通过以上设计，单相多功能稀土永磁发电机的电压偏差在±5％以内，瞬态电压偏差及电压稳定时间均达到国家标准GB/T2820.3-1997的G₁级标准。
所述的一种单相多功能稀土永磁发电机加上变频器，输出正弦波电压，稳态电压偏差控制在±1％以内，达到了国家GB/T2820.3-1997标准的G₃级的各项性能要求。具体方法是将电枢绕组的输出端U₁U₃作为变频器的输入端，通过变频器的交-直-交变换后，输出50Hz正弦波稳定电压。变频器是由主电路和控制电路组成：主电路包括整流电路、逆变桥电路、驱动电路、采样反馈电路等；控制电路是以微处理器为核心的逆变电路、驱动电路和保护电路等组成。为了预防一旦变频器发生故障发电机不能供电的情况发生，其控制系统设计成由两个回路组成：在控制系统中加上了继电器KA，并在继电器回路中加了切换按钮开关SB，其工作原理如图3所示。电枢绕组W的公共端U₁串接一个空气断路器K₁，断路器的输出端并联两条线，一条接继电器KA的一个常闭触头a₁，电枢绕组W的抽头U₂直接接到继电器KA的另一个常闭触头a₂，由电枢绕组U₁U₂、空气断路器K₁、继电器KA、常闭触头a₁a₂、用电器插座C₁和C₂并联，组成发电机的直接输出第一回路；由电枢绕组U₁U₃接变频器BF的输入端，输出端分别接继电器KA的两个常开触头b₁b₂，继电器KA输出端接用电器插座C₁和C₂，继电器KA的电源线圈D与按钮开关SB串联后与变频器BF的输出端并联。由电枢绕组U₁U₃、空气断路器K₁、变频器BF、继电器KA的常开触头b₁b₂及用电器插座C₁C₂组成了发电机的自控第二回路。当发电机开始运转，按钮开关SB断开，即直接供电位置，继电器KA的电源线圈D断开，继电器KA不动作，触头a₁a₂常闭，b₁b₂常开，发电机第二回路不工作，第一回路处于工作状态，发电机直接提供50Hz，稳态电压偏差≤±5％的正弦波电源。当按钮开关SB闭合，即自控供电位置，继电器KA的线圈D通电，继电器KA动作，触头a₁a₂断开，b₁b₂闭合，发电机第一回路不工作，第二回路处于工作状态，发电机自控提供50Hz，稳态电压偏差≤±1％的正弦波电源。当变频器BF一旦发生故障，变频器BF无电压输出，继电器KA电源线圈D不通电，继电器KA自动回到原始状态，即a₁a₂闭合，b₁b₂断开，此时，发电机自动切换到第一回路供电。
本发明一种单相多功能稀土永磁发电机的两种供电形式分别提供按国家标准GN/2820.3-1997中的G₁级和G₃级的标准电源，而且具有不间断供电功能，克服了一般稀土永磁发电机电压稳定性差，正弦性波形畸变率大以及变频器发生故障时，发电机电源不能使用的缺陷，扩大了使用范围和供电的可靠性功能，具有突出的实用价值。主要电气性能如下表(以1.5kVA为例)：